このページは「測温抵抗体」について
測温抵抗体とは何か、その役割、原理等を
説明しています。
現代社会は多くの電子機器で溢れています。
その中には、オーブンやエアコン、車のエンジンなど、
温度の制御が重要となる機器が多数存在します。
これらの機器で任意の温度に制御できる秘密の一つが、
「測温抵抗体」の存在です。
電子機器に限らず、製造現場においても
ヒーターや熱蒸気などを使って製品を任意の温度で
温めることはあります。
そういった場面でも測温抵抗体は
使われています。
1.測温抵抗体とは
測温抵抗体の一例：オムロンHPより
「測温抵抗体」とは、
名前の通り温度を測るための抵抗体です。
RTDと呼ばれることもあります。
Resistance Temperature Detectorの
略です。
測温抵抗体に使われる
金属や金属酸化物は使われます。
それらは温度が変化すると
電気抵抗値も変わる性質を持っています。
この性質を利用して温度を測定するための
センサ（検出器)として使われます。
抵抗値の変化から
温度を測定するわけです。
2.測温抵抗体の原理
「測温抵抗体」はその名前通り、
温度測定ための抵抗体です。
これがどのように動作するのか、
電気初心者向けに説明します。
2-1.抵抗とは何か
まず、基本的な電気の概念から始めましょう。
電気が流れる電路には、流れに対して
いくつかの障害（抵抗）があります。
これは、道路における交通渋滞で例えてみます。
交通渋滞は
車がスムーズに進むことを阻止します。
交通渋滞があると、車は遅くなります。
同様に、電気にも抵抗があると、
その流れは遅くなり流れが悪くなります。
2-2.測温抵抗体の原理
温度測定抵抗体の基本的な原理は、
金属の電気抵抗が温度に
依存するという性質に基づいています。
これは、道路が熱い日にアスファルトが
軟化して車の進行を遅くするようなものです。
同様に、金属は温度が上昇すると、
「電子」と呼ばれる粒子が動きが悪くなり、
その結果として
電流の流れに対する抵抗が増えます。
この性質を利用すると、
金属の抵抗を測定することで
その温度を知ることができます。
電流を抵抗体に流し、どれくらいの抵抗があるか
を測定すると、抵抗体の温度を
知ることができるのです。
3.測温抵抗体の利用と使用例
測定抵抗体は、その抵抗値の変化を
温度の変化として定めることができる部品です。
この原理により、完成した商品だと
エアコンやオーブンなどに
製造工場だとヒーターや熱蒸気などで
商品を任意の温度で加工する工程など
でも使われます。
食品加工の一工程として80℃の恒温槽で
食品を2時間温める工程とかは
よくありそうでしょ？
他にも色々な業界で使われます、
製薬業では生産プロセスで
必要な厳密な温度制御を行うため、
自動車産業ではエンジンや排気の温度を
監視するために使用されています。
4.温度調節器とは
これほど多岐にわたり使用される
測温抵抗体ですが、測温抵抗体は
温度検出のセンサーですので
単体では使えません。
測温抵抗体は温度調節器という
装置・電子機器と一緒に使われるのが
一般的です。
温度調節器は温調器とも
呼ばれます。
温度調節器の一例：MONOTAROのHPより
温調器は多種ありますが
上写真は製造工場の生産過程で
使われることが多い
オムロンの温調器です。
温調器の役割は
保ちたい温度に制御することです。
測温抵抗体で温度を検出し
その温度を温調器へフィードバックします。
温調器で設定した温度より低い場合は
ヒーターなど温める負荷をONして
設定温度になるように制御します。
高かったり、設定温度になると
OFFにして冷まします。
制御方式にはON/OFF制御や
PID制御などがあります。
温調器や制御方式について
解説するとそれだけで1ページに
なりますので、このページでは
これぐらいにしておきます。
ここで知ってほしかったのは
測温抵抗体だけで温度を制御する
わけではないことです。
5.測温抵抗体の種類
測温抵抗体はその素材により
いくつかの種類に分けられます。
最も一般的なのは白金測温抵抗体(プラチナ)で
その抵抗値の温度に対する変化が
正確で線形であるため、
広範な温度範囲で使われます。
他にはニッケルや銅の素材も
用いられます。
ここでは最も一般的で
私もよく使う白金測温抵抗体について
説明します。
5-1.Pt100
Pt100は、0℃の時に
抵抗値が100Ωの白金測温抵抗体です。
Pt100は白金測温抵抗体の中で最も
使われ、さまざまな産業で広く利用されています。
5-2.Pt1000
Pt1000は、0℃の時に
抵抗値が1000Ωの白金測温抵抗体です。
(100°Cにおける抵抗値)/(0°Cにおける抵抗値)を
抵抗比率というのですが
Pt100とPt1000は等しく、
抵抗値は10倍なので
より高精度の測定が可能となります。
しかし、その分、
コストが高くなるという
デメリットもあります。
他にもPt10やPt500もあります。
5-3.JPt100
JPt100は1987年以前は
Pt100という名称でした。
JIS規格の改訂により
Pt100の規格変更に伴い区別のため
1987年以前のPt100をJPt100に
名称を変更しました。
ただ、このJPt100は
1997年のJIS改定時に廃止されました。
廃止されたJPt100ですが
それ以前に設置された装置等で
使われていることがよくあるので
紹介しました。
温調器によっては
Pt100かJPt100かを入力して
設定しなければいけないものも
あります。
Pt100とJPt100の測温抵抗体は
抵抗比率が違うので
間違えると温度がずれるからです。
私は1987年以前の測温抵抗体に対して
温調器の設定をPt100にしたため
設定した温度よりもずれた使い方を
した失敗談もあります。
5-4.ClassA、ClassB
ClassAとClassBは、
測温抵抗体の精度等級を表す指標です。
これらは、測温抵抗体が
どれだけ正確に温度を測定できるかを示します。
ClassAはClassBよりも精度が高いですが、
その分、コストも高くなります。
6.測温抵抗体の選定
測温抵抗体を選定する際には、
以下の点を考慮すると良いでしょう。
6-1.用途
温度測定が必要な状況や目的により、
適切な測温抵抗体を選ぶ必要があります。
例えば、広範囲の温度を測定する必要がある場合や
耐久性が求められる場合は、PT100が適しています。
6-2.精度
測度の精度要求は
測温抵抗体の選択に大きな影響を与えます。
温度の微妙な変化を捉える必要がある場合、
PT1000やClassAが適しています。
一方、広範囲の温度変化を
一般的な精度で捉えるだけで良い場合は、
Pt100やClassBが適しています。
(私も通常Pt100 ClassBを使っています)
6-3.コスト
測温抵抗体の種類によっては、
コストが高くなるものもあります。
例えば、高精度な測定が可能なPT1000や
ClassAは一般的に高価です。
予算内で最適なパフォーマンスを得るために、
コストと性能のバランスを考慮することが重要です。
6-4.耐環境性
測温抵抗体は
さまざまな環境下で使用されます。
例えば、化学的な腐食が激しい場所や
高温・高湿度の場所での使用を
想定している場合は、
それに耐えられる抵抗体を
選択する必要があります。
また、振動や衝撃が予想される環境では、
物理的に強固な抵抗体を
選ぶことが望ましいです。
メーカーによっては
一般形、防水形、耐腐食形、耐圧防爆形など
色々と取り揃えています。
以上の要素を総合的に考慮して、
最適な測温抵抗体を選定します。
7. 故障が起きたときの調査法
ここまで測温抵抗体や温調器の
役割と重要性について解説しましたが、
これらが故障した時の
基本的な調査法を解説します。
7-1.測温抵抗体の抵抗値の測定
測温抵抗体が故障している場合、
その抵抗値が変わらない、
あるいは非常に高い、
または非常に低い場合があります。
そのため、まずは測温抵抗体の
抵抗値を測定してみます。
7-2.配線のチェック
配線が断線していたり、
ショートしていたりすると、
抵抗値に変化が出ます。
7-3.温調器の動作確認
温度制御は測温抵抗体だけで
行うものではありません。
設定した温度にならない場合は
温調器の動作も疑います。
例えば、
ヒーターで温める装置の場合
温度は他の温度計を使い
正確なことが確認できている状況で
その温度が設定値より低いのに、
ヒーターの電源を入にするための
電磁接触器等がONしていない場合は
温調器から電気信号(電圧)が
出力していない
可能性もあります。
（＊電磁接触器については以下を参考ください↓
→電磁接触器とは、電磁開閉器とは)
上記の例のように、
ONしているかどうかだけで
はっきりと状態の違いが
分かる異常だけではなく
今までと動作の違いが分からないが
温度が設定値にならない、
何か動きがおかしい
といったはっきりわからない
異常状態もあります。
温調器は電子部品で作られているので
長期間の使用で部品が劣化して
特性が変わることもあります。
このように
はっきりしない場合は
新品に交換するようにしています。
8. 最後に：温度制御の重要性について
最後に測温抵抗体の説明とは
それますが、温度制御の重要性に
ついて書いておきます。
温度制御は、我々の生活のあらゆる面で
重要な役割を行っています。
具体的にその重要性を見ていきましょう。
8-1.家庭での役割
家庭での一例として、
料理は温度制御が必須です。
例えば、オーブンで料理をする際、
高すぎる温度では食品が焦げてしまい、
低すぎると十分に調理されません。
また、冷蔵庫では食品を
適切な温度で保存することが必要で、
温度が高すぎると食品が腐ってしまいます。
エアコンや暖房装置もまた、
快適な生活環境を提供するために
必要な温度制御を行います。
8-2.産業での役割
産業においても
温度制御の重要性は限りなく高いです。
例えば、製鉄業では、
高温の鉄を制御するために
緻密な温度制御が求められます。
半導体製造においても、
チップ製造プロセスの各段階で
正しい温度制御が行われなければ
製品の品質に重大な影響を及ぼします。
8-3.医療での役割
医療分野でも温度制御は重要です。
人体への直接影響を考慮した医療機器や、
生物学的な材料を扱う実験装置は、
正しい温度制御が必要です。
重症患者のケア、あるいは臓器移植の際の
臓器保存など、精密な温度制御が
必要となる場面は多岐にわたります。
8-4.最後に
これらの例からわかるように、
温度制御は私たちの生活の質を
維持し向上させ、産業活動を支えるために
重要な役割を果たしています。
そのためにも、
まずは今の温度が分からないと
始まりません。
温度を測定するセンサーである
測温抵抗体の重要であるといえます。
このページで測温抵抗体とは何か
基本的なことや重要性が理解できたなら
良かったです。
初心者のための講座へ－以下をクリック！
コメントを残す